آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

57
در ن ی آ سر ر ب و وب ش آ ی ک ی ور ل و ی ب م های" ت س سی ه( آرآئ له دآودی ح رآ اد" ت س آ / وآه خ د ت ح ت آد/ ر ر/ ف ر" كت د دی1388 ر ت ب ك ر مت آ ی" عت/ ن ص گاه ن دآ ی ک س/ رF ب ی س د/ ت ه م كده ش/ ن دآ

Upload: usoa

Post on 15-Feb-2016

96 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

دانشگاه صنعتي اميركبير دانشكده مهندسي پزشكي. آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی. ارائه راحله داودی استاد دكتر فرزاد توحيدخواه دی 1388. What is talked in this seminar: Introduction to chaos Chaos properties History Fractals Chaos and stochastic process Logistic Map. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

ارائهراحله داودی

استاددكتر فرزاد توحيدخواه

1388دی

دانشگاه صنعتي اميركبير

دانشكده مهندسي پزشكي

Page 2: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

What is talked in this seminar:Introduction to chaosChaos propertiesHistory FractalsChaos and stochastic processLogistic Map

Page 3: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

What is talked in this seminar: (continue)Biological models producing chaos Chaos in heart sign of healthy or disease?Application:

Model of heart rate Applying chaos theory to a cardiac

arrhythmia

Page 4: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

What chaos is:

One behavior of nonlinear dynamic systems

Unpredictable for long time but limited to a

specific area (attractor)

Seems to be random while it happens in

deterministic systems

Highly sensitive to initial condition

Page 5: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Chaos Properties:

• Fractal (Self Similarity)

• Liapunove Exponent (Divergence)

• Universality

Page 6: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Henri Poincaré - 1890while studying the three-body problem, he found that there can be orbits which are non-periodic, and yet not forever increasing nor approaching a fixed point.

History

Page 7: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Poincare &Three body problem

The problem is to determine the

possible motions of three point

masses m1,m2,and m3, which

attract each other according to

Newton's law of inverse squares.

Page 8: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

In 1977, Mitchell Feigenbaum published the noted

article “ Quantitative Universality for a Class of

Nonlinear Transformations", where he described

logistic maps. Feigenbaum notably discovered the

universality in chaos, permitting an application of

chaos theory to many different phenomena.

History …

Page 9: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Edward Lorenz whose interest in chaos

came about accidentally through his work

on weather prediction in 1961.

small changes in initial conditions

produced large changes in the long-term

outcome. Predictability: Does the Flap of

a Butterfly’s Wings in Brazil set off a

Tornado in Texas?

History …

Page 10: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

The flapping of a single butterfly's wing today produces a tiny

change in the state of the atmosphere. Over a period of time,

what the atmosphere actually does diverges from what it would

have done. So, in a month's time, a tornado that would have

devastated the Indonesian coast doesn't happen. Or maybe one

that wasn't going to happen, does.

(Ian Stewart, Does God Play Dice? The Mathematics of Chaos,

pg. 141)

Butterfly Effect

Page 11: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

The father of fractals: Gaston Julia. 1900

There were some other works out there, such as

Sierpinski’s triangle and Koch’s curve.

Mandelbrot 1970 :Mandelbrot Set.

History of Fractals

Page 12: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Fractals …

Page 13: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Koch’s curveFractals …

Page 14: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Fractals …

Page 15: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Fractals …

Page 16: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Types of Attractors:

Page 17: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Types of Attractors:

Page 18: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 19: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 20: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Self Similarity in Chaos

Page 21: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

• mean• variance• power

spectrum

Chaos and stochastic process

Page 22: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Similar time series

Page 23: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

RANDOMrandomx(n) = RND

Page 24: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

CHAOSDeterministicx(n+1) = 3.95 x(n) [1-x(n)]

Page 25: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 26: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 27: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 28: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

How to recognize chaos from random

Power spectraStructure in state spaceDimension of dynamicsSensitivity to initial condition Lyapunov ExponentsPredictive Ability

Controllability of Chaos

Page 29: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Structure in state space

Poincare Section

Page 30: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 31: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

divergence

Page 32: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Divergence

Page 33: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Divergence

Page 34: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Divergence

Page 35: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Predictive Ability

Page 36: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

)1(1 nnn xrxx

Logistic Map

Page 37: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

0 < r < 3 The sequence approaches to a stable value.

3 < r < 3.570 The sequence jumps among some stable values.

3.570 < r < 4 The sequence shows chaotic behavior.

Page 38: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 39: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 40: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Feigenbaum Number

Page 41: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Biological models producing chaosNonlinearity

Time delay

Compartment Cascades

Forcing Functions

Page 42: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Chaos in Biology

Page 43: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

why chaos is so important in Biology?

Chaotic systems can be used to show :

rhythms of heartbeats

walking strides

Page 44: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Fractals can be used to model:

Structures of nerve networks

circulatory systems

lungs

DNA

why chaos is so important in Biology?

Page 45: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 46: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 47: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Evidence for chaotic healthy hearts

Page 48: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 49: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 50: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

Applying chaos theory to a

cardiac arrhythmia

Page 51: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 52: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 53: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 54: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 55: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 56: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی
Page 57: آشوب و بررسی آن در سیستم های بیولوژیکی

از سپاس باحضورتان